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全面認識openstack:OpenStack架構詳解
日期:2019-12-11 00:00:00  發布人:admin  瀏覽量:189

OpenStack既是一個社區,也是一個項目和一個開源軟件,提供開放源碼軟件,建立公共和私有云,它提供了一個部署云的操作平臺或工具集,其宗旨在于:幫助組織運行為虛擬計算或存儲服務的云,為公有云、私有云,也為大云、小云提供可擴展的、靈活的云計算。

OpenStackd開源項目由社區維護,包括OpenStack計算(代號為Nova),OpenStack對象存儲(代號為Swift),并OpenStack鏡像服務(代號Glance)的集合。 OpenStack提供了一個操作平臺,或工具包,用于編排云。 下面列出Openstack的詳細構架圖

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Openstack的網絡拓撲結構圖

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整個OpenStack是由控制節點,計算節點,網絡節點,存儲節點四大部分組成。(這四個節點也可以安裝在一臺機器上,單機部署) 其中: 控制節點負責對其余節點的控制,包含虛擬機建立,遷移,網絡分配,存儲分配等等 計算節點負責虛擬機運行 網絡節點負責對外網絡與內網絡之間的通信 存儲節點負責對虛擬機的額外存儲管理等等 控制節點架構: 控制節點包括以下服務 管理支持服務 基礎管理服務 擴展管理服務

1)管理支持服務包含MySQL與Qpid兩個服務 MySQL:數據庫作為基礎/擴展服務產生的數據存放的地方 Qpid:消息代理(也稱消息中間件)為其他各種服務之間提供了統一的消息通信服務

2)基礎管理服務包含Keystone,Glance,Nova,Neutron,Horizon五個服務

Keystone:認證管理服務,提供了其余所有組件的認證信息/令牌的管理,創建,修改等等,使用MySQL作為統一的數據庫

Glance:鏡像管理服務,提供了對虛擬機部署的時候所能提供的鏡像的管理,包含鏡像的導入,格式,以及制作相應的模板

Nova:計算管理服務,提供了對計算節點的Nova的管理,使用Nova-API進行通信

Neutron:網絡管理服務,提供了對網絡節點的網絡拓撲管理,同時提供Neutron在Horizon的管理面板 Horizon:控制臺服務,提供了以Web的形式對所有節點的所有服務的管理,通常把該服務稱為DashBoard

3)擴展管理服務包含Cinder,Swift,Trove,Heat,Centimeter五個服務
Cinder:提供管理存儲節點的Cinder相關,同時提供Cinder在Horizon中的管理面板
Swift:提供管理存儲節點的Swift相關,同時提供Swift在Horizon中的管理面板
Trove:提供管理數據庫節點的Trove相關,同時提供Trove在Horizon中的管理面板
Heat:提供了基于模板來實現云環境中資源的初始化,依賴關系處理,部署等基本操作,也可以解決自動收縮,負載均衡等高級特性。
Centimeter:提供對物理資源以及虛擬資源的監控,并記錄這些數據,對該數據進行分析,在一定條件下觸發相應動作 控制節點一般來說只需要一個網絡端口用于通信/管理各個節點 網絡節點架構 網絡節點僅包含Neutron服務 Neutron:負責管理私有網段與公有網段的通信,以及管理虛擬機網絡之間的通信/拓撲,管理虛擬機之上的防火等等 網絡節點包含三個網絡端口

eth0:用于與控制節點進行通信

eth1:用于與除了控制節點之外的計算/存儲節點之間的通信

eth2:用于外部的虛擬機與相應網絡之間的通信 計算節點架構 計算節點包含Nova,Neutron,Telemeter三個服務

1)基礎服務 Nova:提供虛擬機的創建,運行,遷移,快照等各種圍繞虛擬機的服務,并提供API與控制節點對接,由控制節點下發任務 Neutron:提供計算節點與網絡節點之間的通信服務

2)擴展服務 Telmeter:提供計算節點的監控代理,將虛擬機的情況反饋給控制節點,是Centimeter的代理服務 計算節點包含最少兩個網絡端口 eth0:與控制節點進行通信,受控制節點統一調配 eth1:與網絡節點,存儲節點進行通信 存儲節點架構 存儲節點包含Cinder,Swift等服務 Cinder:塊存儲服務,提供相應的塊存儲,簡單來說,就是虛擬出一塊磁盤,可以掛載到相應的虛擬機之上,不受文件系統等因素影響,對虛擬機來說,這個操作就像是新加了一塊硬盤,可以完成對磁盤的任何操作,包括掛載,卸載,格式化,轉換文件系統等等操作,大多應用于虛擬機空間不足的情況下的空間擴容等等 Swift:對象存儲服務,提供相應的對象存儲,簡單來說,就是虛擬出一塊磁盤空間,可以在這個空間當中存放文件,也僅僅只能存放文件,不能進行格式化,轉換文件系統,大多應用于云磁盤/文件 存儲節點包含最少兩個網絡接口 eth0:與控制節點進行通信,接受控制節點任務,受控制節點統一調配 eth1:與計算/網絡節點進行通信,完成控制節點下發的各類任務 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

下面說一說Openstack的各個組件作用及關系 Openstack發展至今,總共集成了下面幾個組件:
Nova - 計算服務 Neutron-網絡服務 Swift - 對象存儲服務 Cinder-塊存儲服務 Glance - 鏡像服務 Keystone - 認證服務 Horizon - UI服務 Ceilometer-監控服務 Heat-集群服務 Trove-數據庫服務 組件間的關系圖如下: 重要組件介紹 OpenStack認證服務(Keystone) Keystone為所有的OpenStack組件提供認證和訪問策略服務,它依賴自身REST(基于Identity API)系統進行工作,主要對(但不限于)Swift、Glance、Nova等進行認證與授權。事實上,授權通過對動作消息來源者請求的合法性進行鑒定。下圖顯示了身份認證服務流程: Keystone采用兩種授權方式,一種基于用戶名/密碼,另一種基于令牌(Token)。

除此之外,Keystone提供以下三種服務:

令牌服務:含有授權用戶的授權信息

目錄服務:含有用戶合法操作的可用服務列表 策略服務:利用Keystone具體指定用戶或群組某些訪問權限 keystone認證服務注意點: 服務入口:如Nova、Swift和Glance一樣每個OpenStack服務都擁有一個指定的端口和專屬的URL,我們稱其為入口(endpoints)。 區位:在某個數據中心,一個區位具體指定了一處物理位置。在典型的云架構中,如果不是所有的服務都訪問分布式數據中心或服務器的話,則也稱其為區位。 用戶:Keystone授權使用者   

PS:代表一個個體,OpenStack以用戶的形式來授權服務給它們。用戶擁有證書(credentials),且可能分配給一個或多個租戶。經過驗證后,會為每個單獨的租戶提供一個特定的令牌。 服務:總體而言,任何通過Keystone進行連接或管理的組件都被稱為服務。舉個例子,我們可以稱Glance為Keystone的服務。 角色:為了維護安全限定,就云內特定用戶可執行的操作而言,該用戶關聯的角色是非常重要的。  

 PS:一個角色是應用于某個租戶的使用權限集合,以允許某個指定用戶訪問或使用特定操作。角色是使用權限的邏輯分組,它使得通用的權限可以簡單地分組并

綁定到與某個指定租戶相關的用戶。 租間:租間指的是具有全部服務入口并配有特定成員角色的一個項目。   PS:一個租間映射到一個Nova的“project-id”,在對象存儲中,一個租間可以有多個容器。根據不同的安裝方式,一個租間可以代表一個客戶、帳號、組織或項目。 OpenStack計算設施----Nova Nova是OpenStack計算的彈性控制器。OpenStack云實例生命期所需的各種動作都將由Nova進行處理和支撐,這就意味著Nova以管理平臺的身份登場,負責管理整個云的計算資源、網絡、授權及測度。雖然Nova本身并不提供任何虛擬能力,但是它將使用libvirt API與虛擬機的宿主機進行交互。Nova通過Web服務API來對外提供處理接口,而且這些接口與Amazon的Web服務接口是兼容的。 功能及特點:  實例生命周期管理 計算資源管理 網絡與授權管理 基于REST的API 異步連續通信 支持各種宿主:Xen、XenServer/XCP、KVM、UML、VMware vSphere及Hyper-V Nova彈性云(OpenStack計算部件)包含以下主要部分: API Server(nova-api) 消息隊列(rabbit-mq server) 運算工作站(nova-compute) 網絡控制器(nova-network) 卷管理(nova-volume) 調度器(nova-scheduler) 解釋如下:

1)API服務器(nova-api) API服務器提供了云設施與外界交互的接口,它是外界用戶對云實施管理的唯一通道。通過使用web服務來調用各種EC2的API,接著API服務器便通過消息隊列把請求送達至云內目標設施進行處理。作為對EC2-api的替代,用戶也可以使用OpenStack的原生API,我們把它叫做“OpenStack API”。

2)消息隊列(Rabbit MQ Server) OpenStack內部在遵循AMQP(高級消息隊列協議)的基礎上采用消息隊列進行通信。Nova對請求應答進行異步調用,當請求接收后便則立即觸發一個回調。由于使用了異步通信,不會有用戶的動作被長置于等待狀態。例如,啟動一個實例或上傳一份鏡像的過程較為耗時,API調用就將等待返回結果而不影響其它操作,在此異步通信起到了很大作用,使整個系統變得更加高效。

 3)調度器(nova-scheduler)   調度器負責把nova-API調用送達給目標。調度器以名為“nova-schedule”的守護進程方式運行,并根據調度算法從可用資源池中恰當地選擇運算服務器。有很多因素都可以影響調度結果,比如負載、內存、子節點的遠近、CPU架構等等。強大的是nova調度器采用的是可插入式架構。 目前nova調度器使用了幾種基本的調度算法:   隨機化:主機隨機選擇可用節點;   可用化:與隨機相似,只是隨機選擇的范圍被指定;   簡單化:應用這種方式,主機選擇負載最小者來運行實例。負載數據可以從別處獲得,如負載均衡服務器。

4)運算工作站(nova-compute) 運算工作站的主要任務是管理實例的整個生命周期。他們通過消息隊列接收請求并執行,從而對實例進行各種操作。在典型實際生產環境下,會架設許多運算工作站,根據調度算法,一個實例可以在可用的任意一臺運算工作站上部署。  

5)網絡控制器(nova-network) 網絡控制器處理主機的網絡配置,例如IP地址分配,配置項目VLAN,設定安全群組以及為計算節點配置網絡。

 6)卷工作站(nova-volume)  卷工作站管理基于LVM的 實例卷,它能夠為一個實例創建、刪除、附加卷,也可以從一個實例中分離卷。卷管理為何如此重要?因為它提供了一種保持實例持續存儲的手段,比如當結束一個 實例后,根分區如果是非持續化的,那么對其的任何改變都將丟失?墒,如果從一個實例中將卷分離出來,或者為這個實例附加上卷的話,即使實例被關閉,數據 仍然保存其中。這些數據可以通過將卷附加到原實例或其他實例的方式而重新訪問。 因此,為了日后訪問,重要數據務必要寫入卷中。這種應用對于數據服務器實例的存儲而言,尤為重要。 OpenStack鏡像服務器----Glance OpenStack鏡像服務器是一套虛擬機鏡像發現、注冊、檢索系統,我們可以將鏡像存儲到以下任意一種存儲中: 本地文件系統(默認) S3直接存儲 S3對象存儲(作為S3訪問的中間渠道) OpenStack對象存儲等等。  

  功能及特點: 提供鏡像相關服務。 Glance構件:

1)Glance-API:   主要負責接收響應鏡像管理命令的Restful請求,分析消息請求信息并分發其所帶的命令(如新增,刪除,更新等)。默認綁定端口是9292。

2)Glance-Registry:   

主要負責接收響應鏡像元數據命令的Restful請求。分析消息請求信息并分發其所帶的命令(如獲取元數據,更新元數據等)。默認綁定的端口是9191。 OpenStack存儲設施----Swift Swift為OpenStack提供一種分布式、持續虛擬對象存儲,它類似于Amazon Web Service的S3簡單存儲服務。Swift具有跨節點百級對象的存儲能力。Swift內建冗余和失效備援管理,也能夠處理歸檔和媒體流,特別是對大數據(千兆字節)和大容量(多對象數量)的測度非常高效。
swift功能及特點:   海量對象存儲 大文件(對象)存儲 數據冗余管理 歸檔能力-----處理大數據集 為虛擬機和云應用提供數據容器 處理流媒體 對象安全存儲 備份與歸檔 良好的可伸縮性 Swift組件 Swift賬戶 Swift容器 Swift對象 Swift代理 Swift RING   
Swift代理服務器   用戶都是通過Swift-API與代理服務器進行交互,代理服務器正是接收外界請求的門衛,它檢測合法的實體位置并路由它們的請求。 此外,代理服務器也同時處理實體失效而轉移時,故障切換的實體重復路由請求。 Swift對象服務器 對象服務器是一種二進制存儲,它負責處理本地存儲中的對象數據的存儲、檢索和刪除。對象都是文件系統中存放的典型的二進制文件,具有擴展文件屬性的元數據(xattr)。 注意:xattr格式被Linux中的ext3/4,XFS,Btrfs,JFS和ReiserFS所支持,但是并沒有有效測試證明在XFS,JFS,ReiserFS,Reiser4和ZFS下也同樣能運行良好。不過,XFS被認為是當前最好的選擇。 Swift容器服務器 容器服務器將列出一個容器中的所有對象,默認對象列表將存儲為SQLite文件(譯者注:也可以修改為MySQL,安裝中就是以MySQL為例)。容器服務器也會統計容器中包含的對象數量及容器的存儲空間耗費。 Swift賬戶服務器 賬戶服務器與容器服務器類似,將列出容器中的對象。 Ring(索引環) Ring容器記錄著Swift中物理存儲對象的位置信息,它是真實物理存儲位置的實體名的虛擬映射,類似于查找及定位不同集群的實體真實物理位置的索引服務。這里所謂的實體指賬戶、容器、對象,它們都擁有屬于自己的不同的Rings。 OpenStack管理的Web接口----Horizon
Horizon是一個用以管理、控制OpenStack服務的Web控制面板,它可以管理實例、鏡像、創建密匙對,對實例添加卷、操作Swift容器等。除此之外,用戶還可以在控制面板中使用終端(console)或VNC直接訪問實例。

總之,Horizon具有如下一些特點: 

  實例管理:創建、終止實例,查看終端日志,VNC連接,添加卷等 訪問與安全管理:創建安全群組,管理密匙對,設置浮動IP等 偏好設定:對虛擬硬件模板可以進行不同偏好設定 鏡像管理:編輯或刪除鏡像 查看服務目錄 管理用戶、配額及項目用途 用戶管理:創建用戶等 卷管理:創建卷和快照 對象存儲處理:創建、刪除容器和對象 為項目下載環境變量
 

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